陈聪，周俊杰，黄志新，陈涛

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

460铀钼矿床是我国北方典型的火山岩型铀矿床。从20世纪80年代至今，在矿床及其周边进行了大量的地质物探工作，基本查清了地表铀钼异常的分布情况，认为区域断裂F45、多期次火山机构、流纹岩为主要控矿要素，为矿床定位与开采工作提供了依据。460矿床已开采数年，根据以往资料［1］，矿床外围仍然有较大的成矿潜力。近两年在460矿床外围开展了地面重力勘探及高精度磁法勘探工作，结果表明重磁勘探在确定460矿床研究区关键控矿要素中效果较好，可为类似火山岩地区铀矿资源潜力预测及评价提供重要依据。

1 研究区地质概况

研究区位于华北地台北缘 （Ⅰ级），内蒙地轴中部（Ⅱ级），沽源火山断陷盆地（Ⅲ级），蔡家营—双脑包北东向火山构造洼陷带（Ⅳ级）。岩石组合为基底与火山盖层二元结构。基底为太古界变质岩系，主要为红旗营子群变质岩；盖层由侏罗系上统及白垩系下统火山沉积地层构成，出露张家口组二、三段及花吉营组安山岩（图1），其中张家口组三段地层堆积厚度大，8个层位发育齐全［2］。

研究区断裂构造受北东东向断裂F45控制。F45西起张北县芮家村，经蔡家营、张麻井、大脑包、大官厂往东延伸，平面形态呈阶梯状由西向东逐段向北错移。走向大致65°～75°，南东倾，硅化角砾岩带发育，为张扭性断裂。属区域性控岩、控矿构造，蔡家营铅锌矿床、460铀钼矿床、534铀钼矿床均分布在断裂带上盘。另外，本区存在多级火山构造。其中，张麻井火山构造属于沽源盆地Ⅲ级火山凹陷，以张麻井为中心，呈近东西向展布，除西大山为正地形露头较好之外，大面积被第四系所覆盖［3］。

2 岩石物性特征

图1 460矿床研究区地质略图Fig.1 The geologic sketch of Deposit 460

研究区重磁工作按照1:25000比例尺部署，线距250 m，点距50 m，测线方向南北向。

对研究区主要岩性开展了物性调查，区内主要岩石密度及磁化率参数见表1。从表1可见，安山岩的磁化率最高，其次是粗面岩，张家口组三段第7层角砾熔岩也有较高磁性，而流纹岩 （无硅化）、凝灰岩类基本无磁性或弱磁性。安山岩、流纹岩、凝灰岩密度相对较低，角砾熔岩和粗面岩密度相对较高。由于本区没有基底出露地区，也未见相关钻孔打到基底，因而基底物性资料较为缺乏，但根据以往物性资料［3］，研究区深部太古界混合变质基底的密度为2.69 g/cm3，远远高于盖层火山岩密度。

3 数据处理解释方法

3.1 预处理

磁力数据预处理主要包括日变改正、正常场改正和高度改正，其中正常场改正参考国际地磁参考场（IGRF）模型完成。

重力数据预处理主要包括固体潮、零漂改正，地形改正，布格改正和纬度改正［4］。地形改正是重力勘探的重要组成部分，分为近区地改和中、远区地改。根据研究区地形及前期试验结果，本次近区地形改正采用八方位双环地改方式，利用激光测距仪进行野外现场实测，记录距离测点10 m及20 m处的高差；中、远区地形改正通过收集到周边1∶1万DEM数据，利用计算机软件完成。经过多次计算发现，地改半径20 km时重力地形改正值已经稳定，因此，本次工作中远区地改半径取20 km。

3.2 剩余重力异常的提取

布格重力异常所包含的信息是地下所有密度不均匀体的综合反映，因此需要将反映深部场源特征的区域异常从中剥离出去。经过试验对比，采用延拓与滑动平均滤波相结合的手段计算区域异常，由此求得的剩余重力异常，能较准确地反映次级构造单元特征。

表1 460矿床研究区主要岩石密度、磁化率统计表Table 1 Statistics of rock density and magnetic susceptibility in Deposit 460

3.3 重磁异常滤波处理

主要包括延拓、水平方向导数和垂向导数。向上延拓是为了压制浅部干扰突出深部异常；水平方向导数是为了突出线性构造，垂向导数是为了压制背景异常，凸显局部异常，垂向二阶导数零值线基本反映不同构造单元或岩体界线［5］。

4 研究区重磁异常特征与地质推断

研究区布格重力异常（图2a）呈现西北部高、东南部低的特征，高低值中间存在明显的大型梯度带。此梯度带反映的正是主要控矿构造F45断裂，且以F45为界线，研究区北侧地层隆起，南侧为凹陷区。460矿床位于剩余重力异常梯度带附近，梯度带在矿床位置存在明显的扭曲，可能是受到断裂或次级隆起构造的影响。剩余重力异常（图2b）表明，火山盖层厚度由西北向东南主要呈现薄-厚-薄的结构特征。北部重力高异常反映的是高密度张家口组二段粗面岩，中部大面积低异常区反映沽源盆地张麻井火山凹陷。在此凹陷中圈定了两处低异常以及两处高异常，分别对应4个次级构造单元：后井塌陷、牛囫囵塌陷、前张麻井隆起和白碱滩隆起。此外，前张麻井西侧异常形态类似环状，以往的钻探资料表明此处存在巨厚的流纹岩，可能为一火山口［6］。

图2 460矿床研究区重磁异常及综合解释图Fig.2 The gravity and magnetic anomalies and comprehensive exploration in Deposit 460

磁异常整体形态（图2c）与布格重力异常相似，呈现北高南低的特征，化极后能使磁异常与地质体位置更好地对应。北部高磁异常区反映了粗面岩分布区，东北部高磁异常是高磁性安山岩的反映，边界与岩体边界完全吻合［6］。F45南侧圈定了3块高磁异常区。其中，西大山北侧火山口可能有硅化蚀变或矿化填充物，而西辛营北侧及白碱滩北侧正异常则是磁性较高的张家口组三段第7层角砾熔岩引起。研究区南侧低异常是低磁性的张家口组三段第1层火山岩的反映。

通过对异常的分析处理，结合已知地质资料对研究区构造要素进行推断，划分了主要断裂构造、不同规模火山机构、圈定了粗面岩与安山岩范围（图2d），明确了460矿床产出于地层隆起边缘，控矿构造F45与次级断裂的交汇部位。

5 深部地质特征研究

5.1 典型剖面重磁曲线正反演

利用已知的电法剖面和地层结构作为初始模型，对研究区第17剖面进行重磁联合正反演。17剖面位于460矿床的东侧约250 m，南北长7.5 km。建模过程分为3步：①通过电法资料和地质资料建立基本地层框架模型，并且尽可能保证模型重力正演曲线与实测曲线变化趋势大致相同；②固定物性资料与模型边界，释放各个地质体几何形态参数，进行反演调整模型几何形态；③反复多次，最终使得重磁曲线拟合均方误差达到预设收敛要求。二维正反演结果要以符合地质结构为前提的情况下，保证拟合精度。本次正反演使用的密度参数来源于现场密度测量结果，重力曲线拟合均方差优于0.5×10-5m/s2，磁异常曲线拟合均方差为12.8 nT。剖面推断成果见图3。

通过重磁二维建模正反演结果可以看出，重磁曲线基本形态反映了地层的整体起伏情况。重力数据拟合程度基本确定地下三层结构的分界位置。磁测曲线中有多个小峰值异常，显然是由近地表高磁性物体引起。根据地质资料［6］推断地表高磁性体可能是角砾熔岩或硅化脉。以往电法资料在判断西大山地区基底是否隆起时存在争议［7］，17剖面AMT反演结果显示，在2 km左右高阻体一直延伸至地表附近，无法断定原因是否为粗面岩的抬升。本次工作重力曲线在17剖面2 km处并未发现明显的高值异常，说明粗面岩不可能延伸至地表附近，否则，重力曲线会有明显正异常。综合推断，电法剖面中的高阻体不是张家口组二段粗面岩，很可能是高电阻率、低密度的张家口组三段岩体。

5.2 三维密度反演及岩性空间分布推测

根据重力数据及已知地质资料对研究区进行三维密度反演。反演利用了地表岩性分布情况及岩石密度作为约束条件，在一定程度上降低了多解性，提高了可信程度［8-9］。由于基底变质岩、张家口组二段、三段之间存在较大的密度差，因此可以根据反演的密度模型进行主要层位划分。反演中背景密度根据变质基底及火山盖层平均密度取2.57 g/cm3。

通过460地区三维密度反演结果（图4）可以看出：研究区浅部为火山岩，深部为基底变质岩。北侧地层抬升，导致J3z3地层缺失，J3z2出露，南侧变质基底很深，J3z3地层流纹岩、凝灰岩填充大部分地区，形成北东向凹槽。最南侧地层结构较复杂，大部分地区J3z3地层与J3z2地层交错，组间界面可能呈现起伏剧烈、不规则情况，岩性分布也不规律。

5.3 基底界面深度反演及钻探结果

图3 17线重磁二维反演解释图Fig.3 2D iversion of gravity and magnetic data of exploration Line 17

图4 460矿床研究区三维密度反演成果图Fig.4 The 3D density inversion in Deposit 460

根据以往及本次工作实测密度资料，基底变质地层密度为2.69 g/cm3，火山盖层平均密度约2.5 g/cm3。因此基底与盖层存在约0.2 g/cm3左右密度差，通过Parker反演可以得到基底界面的埋深。研究区地表海拔变化为1.5～1.7 km，北部略高，南部略低。由图5可以看出，基底起伏形态与地表相似，呈现北高南低的总体特征。北部基底隆起，在田万沟附近海拔超过1 km，南部和东部凹陷地区基底海拔低于-200 m，460矿床位于界面陡变部位。通过界面反演能够更直观地展示深部界面起伏，对矿区未来深部找矿或其他深部矿床构造环境分析具有重要意义。

2015年在460矿床外围完成两个钻孔的钻探工作。其中，钻孔ZKB-1位于460矿床南侧，海拔1 499 m，孔深840 m，在海拔810 m处见张家口组二段粗面岩；钻孔ZKB-2位于460矿床东侧，海拔1 504 m，孔深719 m，全孔为张家口组三段流纹岩、凝灰岩，未打到粗面岩。由于钻孔深度有限，两钻孔均未打到基底界面。以往地质资料表明［10］，460地区粗面岩厚度约600～700 m，因此对应两钻孔附近基底海拔为0～100 m，这与图5中根据重力资料推断的ZKB-1基底界面海拔 （约100 m）基本一致。

图5 460矿床研究区基底海拔深度等值线图Fig.5 Contour of depth of the basementin Deposit 460

6 结论

1）通过1:25000重磁勘探识别了460矿床外围的主要断裂构造及不同规模的火山构造，认为460矿床东南侧的前张麻井次级隆起及次级构造F1、F57对矿体运输和储存有积极作用。重磁反演结果表明，深部基底界面在F45附近起伏剧烈，形成北高南低的地层结构。张家口组一段地层 （主要含矿地层）在460矿床及F45南侧厚度可以达到1 km。综上所述，460矿床东南方向成矿环境较好。

2）460铀矿床产出环境的重力场特征为重力高向重力低过渡的偏重力低异常区域，磁场特征为中强磁场与中低磁场过渡区偏向低异常区域。线性大型梯度带是深大断裂的反映，环状或弧状梯度带则是火山构造单元边界的反映。也就是说，460地区铀成矿与区域构造F45关系密切。综合我国及世界其他地区典型铀矿床资料也有类似结论［11-13］。因为深大断裂或不同构造单元的结合部位，往往有利于形成大规模的火山岩带，同时也有利于深部成矿热液导向近地表的火山岩或次火山岩中成矿。

3）在沽源火山盆地，地面重磁勘探能够识别主要构造，确定盆地边界及粗面岩、安山岩范围，推断深部界面起伏，进而研究构造、岩体与铀成矿关系，对圈定找矿靶区及挖掘深部找矿潜力具有显著作用。